中国环境科学学会碳捕集利用与封存专业委员会

相关热点

所在位置: 首页» 相关热点

碳捕集、利用和封存（CCUS）将如何帮助实现1.5°C的全球温度目标？

发布时间：2023-01-10 浏览量：

什么是CCUS，以及它是如何工作的

碳捕集、利用和封存（CCUS）包括一系列技术，用于捕集各种过程中排放的CO2，然后将其用于或封存在地下储层中。

碳捕集可以作为工业过程的一部分实现，例如氢气、氨或乙醇生产或天然气加工。CO2也可以从发电厂、水泥厂或钢铁厂的废气中分离出来；或者甚至与大气分离。这种直接空气捕集过程需要处理大量空气，因为天然CO2浓度非常低。

有不同的技术来实现这种实际的捕集，依赖于一些化学或物理吸收机制，或者基于膜。

目前仍有大量的研发工作在进行，以微调这些过程，到目前为止主要与大型设施有关;目前还没有一种碳捕获技术可以应用到每一台汽油或柴油发动机上。

今天，CO2的利用主要在石油和天然气行业（提高石油采收率（EOR））、食品和饮料行业以及尿素生产。但所需的数量有限，而且已经得到了很好的覆盖。其他潜在用途包括藻类的吸收、燃料和化学品的转化以及无机材料的矿化（例如，在用于混凝土的颗粒周围添加一层碳酸盐）。当然，转换成各种类型的燃料最终会释放出相同数量的CO2，这一次很可能是在小型应用或没有碳捕集能力的发动机中。 CO2可以封存在含盐水层中（但这一选择将与天然气的封存相竞争，如冬季或战略储备设置）。CO2也可以封存在枯竭的油气田中，通过翻新的生产井注入。CO2将在整个地下储层中迁移，并随着时间的推移而矿化，从而消除在遥远的将来发生泄漏的风险。未来几年的一个相关研究领域是，除了地质封存之外，在各种行业中寻找利用捕集的CO2的经济应用。

CCUS是解决全球气温升高的方法吗？

在格拉斯哥举行的COP26标志着CCUS项目未来增长前景的重大提升。由于在COP26会议上主要排放国的政治共识日益增强，国际能源署到2050年净零碳排放目标的采纳率有所提高。在最新的IPCC报告中，人们普遍承认并注意到，CCS的贡献是到2050年实现净零碳目标的关键部分，尽管目前CCS的部署速度远远低于将全球变暖限制在1.5°C或2°C的模拟路径。因此，如下数据所示，在未来几年，CCUS的供应将面临显著的增长。

如今，仅捕集了约4000万吨/年的CO2排放量，占全球工业和能源排放量的0.1%。要想在2050年前达到国际能源署的净零碳排放目标，需要在2025年前将捕集能力提高到8.5亿吨/年，到2050年提高到约80亿吨/年。因此，CCUS绝对是一项值得研究的技术，尤其是对于难以削减的工艺和行业。

但这项CCUS技术的发展有一个重要的先决条件。

CCUS增加了现有工艺的成本，该成本从天然气分离CO2捕集的约20美元/吨到蓝氢生产的约50美元/吨不等。发电成本从40美元到80美元/吨不等，钢铁或水泥生产成本可能超过100美元/吨。直接空气捕集成本可能在140美元到300美元之间。

与其他脱碳措施（如电气化或能源效率）相反，CCUS的增长将取决于政府的激励措施、可持续性法规和全球碳市场的发展，这些措施可能会产生合理的回报和/或产生附加值。

为了促进CCUS项目的开发，美国使用第四季度税收抵免结构，该结构为捕集方提供用于EOR作业的CO2 35美元/吨的税收抵免，以及直接封存在地质地层中的CO2 50美元/吨。例如，此类激励措施支持“绿色管道”（Denbury Resources）的开发，该管道输送来自墨西哥湾沿岸设施的CO2，用于LA油田的EOR注入。

作为欧盟排放交易体系（EU ETS）全球第一个主要碳市场中正在运作的CO2市场的一个例子，2021年底，欧盟ETS的碳价格已经超过了60欧元/吨的门槛。一些分析师估计，到本世纪末，碳价格有望达到90欧元/吨。这些措施可以进一步激励行业减少CO2排放，特别是随着流动性和价格的改善。投资者也越来越多地向上市公司施压，要求它们制定适当的政策，以减少CO2排放——鉴于其股价的潜在影响，这是另一个强有力的激励措施。

COP26上政府对CCUS的激励进展

COP26在这方面产生了一些好消息。在美国的大力支持下，净零倡议宣布了大量资金和技术援助，以加快CCUS的实施；以及伙伴国家从2022年开始的其他缓解技术。这一新举措旨在加速全球能源系统脱碳。它将支持伙伴国家实现其能源系统的净零排放。它将制定技术路线图，然后资助技术援助和能力建设，包括获得美国的专家援助，特别是国家实验室的专家援助和国内技术机构的财政支持。

此外，在COP26上，美国能源部（DOE）发起了两项倡议，旨在促进全球CO2移除（CDR）行业的发展；包括CCUS，但也包括封存、强化矿化、直接空气捕集等。目标是在本十年内以低于100美元/吨的价格促进千兆吨CO2的清除和持久封存。这是美国政府在CDR创新方面的首次重大努力，采用“政府整体”的方法。该项目旨在通过增加研发、协调LCA和技术经济分析以及促进试点试验，促进全球CDR产业，以在2030年前实现每年1亿吨CO2减排量。中美在缔约方会议上（COP26）的联合协议中也特别提到了CCUS合作。

已经在实施CCUS项目的主要私营公司也在COP26上说，增加CCUS技术的公共和私人融资，包括政府政策和公共投资，以扩大CCUS项目部署。

能源危机后CCUS的成功标准

CCUS成功的另一个条件，除了国家（可能是区域）激励和法规外，将是创建一个生态系统、枢纽或集群，正如最成熟的项目所强调的那样。这样的枢纽将需要一个或多个CO2“供应商”，还需要一个管道网络、枯竭的油气田、正确的注入设施，以及整个系统的长期监测，特别是储层内的CO2。

这意味着CCUS集群需要靠近枯竭的油气田，还需要适当的管道基础设施来收集CO2并注入储层。

北海周围或德克萨斯州（二叠纪盆地/休斯顿/洛杉矶地区）都有这样的潜在位置，其中一些初始项目已被搁置——一些由主要的石油和天然气公司（现为能源公司）牵头，但韩国或日本因为地质条件的限制，缺乏进入此类地层的机会。

这些没有此类地层和传统石油和天然气基础设施的国家，探索将碳捕集为固体粉末（而不是CO2），或各种利用方案，使碳捕集成为工业工厂设计的一部分。

最后，CCUS项目的成功还有一个经常被忽视的条件。

我们所说的是大型安装，为发电厂、钢铁厂或水泥厂等已经很大的过程增加了大约10%的成本和“硬件”。在工业规模的碳捕集过程中，几乎没有经验。开发人员和工程总承包（EPC）需要确保正确的设计，定义正确的电源和流程架构，优化操作和维护。安全和网络安全也不应被忽视。

建设必要的管道基础设施，以收集/运输CO2并将其注入储层，可占CCUS项目的20%至30%。这些基础设施将被捕集CO2的行业所利用。

选定的石油和天然气公司在安全可靠的CO2运输方面拥有丰富的经验，并且正在成为与行业合作解决运输需求的主要参与者，可以重新利用现有基础设施和/或建设额外的基础设施。

根据政府补贴和法规，CCUS资产和生态系统的建设将要求行业与自动化、能源和软件技术的正确供应商建立合作伙伴关系，以支持他们重新利用或开发新的基础设施，并确保使用适当的技术对其进行管理和运营。

来源：CCUS国家地方联合工程研究中心